DE10000859A1 - Automatic process for reshaping a thin side wall of a component involves measuring deviations between actual and set geometries and using to locally heating areas to be reshaped under pressure - Google Patents
Automatic process for reshaping a thin side wall of a component involves measuring deviations between actual and set geometries and using to locally heating areas to be reshaped under pressureInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein automatisiertes Verfahren zum span losen Umformen einer dünnwandigen Seitenwandung eines Körpers und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to an automated method for cutting loose forming of a thin-walled side wall of a body and an apparatus for performing the method.
Ein Verfahren zum spanlosen Umformen einer dünnwandigen Seiten wandung eines Körpers ist aus der JP 08001760 A bekannt. Bei dem umzuformenden Körper handelt es sich um einen Hohlkörper, der bis auf eine endseitig angeordnete Öffnung geschlossen ausgebil det ist. Der Hohlkörper ist mit seinem die Öffnung aufnehmenden Ende in einer Befestigungseinrichtung befestigt. Der gesamte Hohlkörper wird soweit erhitzt, bis er eine hohe Umformbarkeit besitzt. In diesem Zustand des Hohlkörpers wird ein Fluid durch die Öffnung in den Hohlkörper eingeblasen. Das der Öffnung abgewandte Ende des Hohlkörpers wird mittels einer Zugstange und einer Druckstange so bewegt, bis der Hohlkörper die gewünschte Endform aufweist. Die Verteilung der Energie kann nur grob gesteuert werden, was zur Herstellung feiner und exakter Kontu ren nicht ausreicht. Die genaue Herstellung einer ortsabhängig definierten Wandstärke des erzeugten Körpers ist nicht möglich.A process for non-cutting forming of thin-walled pages Wall of a body is known from JP 08001760 A. In which body to be formed is a hollow body that except for an opening arranged at the end det. The hollow body is with its opening End attached in a fastener. The whole Hollow body is heated until it is highly malleable owns. In this state of the hollow body, a fluid is passed through the opening is blown into the hollow body. That of opening opposite end of the hollow body is by means of a pull rod and a push rod until the hollow body is the desired one Has final shape. The distribution of energy can only be rough can be controlled, which leads to the production of fine and precise contours not enough. The exact manufacture of a location-dependent defined wall thickness of the body produced is not possible.
Ein weiteres Verfahren zum spanlosen Umformen einer dünnwandigen Seitenwandung eines Körpers ist als Blasformen ohne Gegenform bekannt. Der zu verformende Körper wird in einem Spannrahmen eingespannt und gleichmäßig erwärmt. Innerhalb des Spannrahmens wird ein Überdruck erzeugt, so daß der gesamte dünnwandige Körper nach außen gewölbt wird. Die dabei entstehende Kontur, z. B. eine Kuppel, hat immer die gleiche Form. Die Verteilung der Energie kann nur grob gesteuert werden, was zur Herstellung feiner und exakter Konturen nicht ausreicht. Die genaue Herstel lung einer ortsabhängig definierten Wandstärke des erzeugten Körpers ist nicht möglich.Another process for chipless forming a thin-walled The side wall of a body is a blow molding without a counter shape known. The body to be deformed is placed in a stenter clamped and heated evenly. Within the stenter an overpressure is generated so that the entire thin-walled Body is arched outwards. The resulting contour, e.g. B. a dome always has the same shape. The distribution of the Energy can only be roughly controlled, resulting in manufacturing fine and exact contours are not sufficient. The exact manufacturer a locally defined wall thickness of the generated Body is not possible.
Ein weiteres Verfahren zum spanlosen Umformen einer dünnwandigen Seitenwandung eines Körpers ist als Glasblasen bekannt. Bei diesem manuellen Verfahren wird der Hohlkörper aus Glas mittels einer Flamme in größeren Bereichen seiner Oberfläche so stark erhitzt, bis die gewünschte Umformbarkeit erreicht ist. Darauf hin beaufschlagt der Glasbläser den Hohlkörper von innen mit Luftdruck, indem er in den Hohlkörper hineinbläst. Die erreich bare Genauigkeit der Umformung ist sehr stark vom Geschick des Glasbläsers abhängig. Abweichungen zur Soll-Geometrie des Kör pers werden nicht exakt gemessen, sondern nur grob abgeschätzt. Insbesondere die Anfertigung genauer 3D-Freiformflächen bereitet enorme Schwierigkeiten. Die meßbare Überprüfung des Ergebnisses ist nicht möglich. Infolgedessen können auch keine genauen Korrekturen durchgeführt werden. Ein weiterer Nachteil bei der Handarbeit ist dadurch gegeben, daß die genaue Herstellung einer ortsabhängig definierten Wandstärke des erzeugten Körpers nicht möglich ist. Die Materialstärke des geblasenen Hohlkörpers läßt sich in Abhängigkeit von der Oberflächenkoordinate nicht steuern, sondern muß so hingenommen werden, wie sie sich beim Umformprozeß ergibt. Bereiche, die bei der Umformung die größte Dehnung erfahren, werden nach Vollendung des Umformprozesses am dünnsten ausfallen. Deshalb muß ein Ausgangskörper zu Beginn der Umformung an jeder Stelle so viel Material aufweisen, daß der fertige Körper an seiner schwächsten Stelle immer noch haltbar genug ist, um den erforderlichen Belastungen standzuhalten. Dadurch ist an vielen Stellen des Körpers mehr Material als notwendig vorhanden. Hieraus resultiert eine relativ große Masse des Körpers. Noch weniger als die Genauigkeit der Form des Kör pers ist bei der Handarbeit die Güte der erhaltenen Oberfläche erfaßbar. Welligkeit und andere Unebenheiten der Oberfläche, die aufgrund der manuellen Bearbeitung entstanden sind, lassen sich nicht wieder ausgleichen. Ferner ist bei der Handarbeit eine gezielt strukturierte Veränderung der Umformbarkeit des Mate rials des Körpers nicht erreichbar. Die Verteilung der Wärme kann nur grob gesteuert werden, was zu Fehlern bei der Umformung führt.Another process for chipless forming a thin-walled The side wall of a body is known as glass blowing. At The hollow body is made of glass using this manual method a flame in large areas of its surface so strong heated until the desired formability is achieved. On it the glassblower acts on the inside of the hollow body Air pressure by blowing into the hollow body. The reach The accuracy of the forming is very much dependent on the skill of the Glassblower dependent. Deviations from the target geometry of the body pers are not measured exactly, but only roughly estimated. In particular, the preparation of precise 3D free-form surfaces prepares enormous difficulties. The measurable verification of the result can not. As a result, no exact Corrections are made. Another disadvantage with the Handwork is given by the fact that the exact manufacture of a not defined depending on the location of the wall thickness of the body produced is possible. The material thickness of the blown hollow body leaves not depending on the surface coordinate control, but must be accepted as they are in the Forming process results. Areas that are the largest in forming Experienced elongation, after completion of the forming process on thinnest. Therefore, a starting body at the beginning of the Forming have so much material at every point that the finished body at its weakest point is still durable is enough to withstand the necessary loads. As a result, there is more material in many parts of the body than necessary available. This results in a relatively large mass of the body. Even less than the accuracy of the shape of the body When it comes to manual work, pers is the quality of the surface obtained detectable. Ripple and other surface imperfections that have arisen due to manual processing do not balance again. Furthermore, there is a handicraft deliberately structured change in the formability of the mate rials of the body cannot be reached. The distribution of heat can only be roughly controlled, which leads to errors in the forming leads.
Desweiteren sind automatisierte Blasverfahren zum spanlosen Umformen einer dünnwandigen Seitenwandung eines Körpers bekannt. Die dazu verwendete Blasmaschine muß für die Erzeugung einer bestimmten Geometrie des Körpers speziell eingerichtet werden. Die Verfahren sind lediglich für Glas und thermoplastische Kunststoffe geeignet. Die genaue Herstellung einer ortsabhängig definierten Wandstärke des erzeugten Körpers ist nicht möglich.Furthermore, automated blowing processes are non-cutting Forming a thin-walled side wall of a body is known. The blowing machine used for this must be used to generate a certain geometry of the body can be set up specifically. The procedures are only for glass and thermoplastic Suitable for plastics. The exact manufacture of a location-dependent defined wall thickness of the body produced is not possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum spanlosen Umformen einer dünnwandigen Seitenwan dung eines Körpers bereitzustellen, mit denen eine flexible, wirtschaftliche, automatisierte Herstellung von Körpern in Kleinserien möglich ist.The invention is based, a method and a task Device for chipless forming of a thin-walled side wall of a body with which a flexible, economical, automated production of bodies in Small series is possible.
Erfindungsgemäß wird dies bei dem Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und bei der Vorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 11 erreicht.According to the invention, this is the case with the method by the features of claim 1 and in the device by the features of claim 11 achieved.
Bei dem automatisierten Verfahren zum spanlosen Umformen einer dünnwandigen Seitenwandung eines Körpers wird zunächst die Soll- Geometrie der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers in einem elektronischen Datenmodell vorgegeben. Die Ist-Geometrie der umzuformenden dünnwandigen Seitenwandung des Körpers wird eben falls automatisiert erfaßt und in einem elektronischen Daten modell abgelegt. Die Soll-Ist-Abweichung wird aus dem Vergleich der erfaßten Ist-Geometrie mit der vorgegebenen Soll-Geometrie der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers berechnet, und lokale Umformungsbereiche, in denen die Soll-Ist-Abweichung einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, werden ermittelt. Ein orts abhängig einzubringendes Energieprofils wird in den lokalen Umformungsbereichen mit numerischen Methoden berechnet. Eine Seite der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers wird mit defi niertem Druck beaufschlagt. Die Umformbarkeit der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers wird in definierter, automatisierter Weise in den lokalen Umformungsbereichen durch definierte Energiezufuhr in den lokalen Umformungsbereichen gemäß dem berechneten ortsabhängigen Energieprofil erhöht, wobei die dünnwandige Seitenwandung des Körpers in den lokalen Umformungs bereichen aufgrund ihrer definiert erhöhten Umformbarkeit und der einseitigen Druckbeaufschlagung umgeformt wird.In the automated process for non-cutting forming a thin-walled side wall of a body, the target Geometry of the thin-walled side wall of the body in one given electronic data model. The actual geometry of the the thin-walled side wall of the body to be formed becomes flat if recorded automatically and in an electronic data model filed. The target-actual deviation is from the comparison the recorded actual geometry with the specified target geometry the thin-walled side wall of the body is calculated, and local Forming areas in which the target-actual deviation is one exceeds the specified limit, are determined. A place depending on the energy profile to be included in the local Forming areas calculated using numerical methods. A Side of the thin-walled side wall of the body is defi pressurized pressure. The formability of the thin-walled Sidewall of the body is defined in a more automated way Way in the local transformation areas by defined Energy supply in the local transformation areas according to the calculated location-dependent energy profile increased, the thin-walled side wall of the body in the local deformation areas due to their defined increased formability and the one-sided pressurization is formed.
Ausgangspunkt des automatisierten Verfahrens ist das Vorliegen eines elektronischen Datenmodells des Körpers. Beispielsweise kann es sich dabei um CAD- oder Bilddaten des fertigen Endpro dukts handeln. Die gewünschte Soll-Geometrie des Körpers wird durch schrittweises Umformen des Ausgangskörpers erreicht, indem die Umformbarkeit der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers in einem oder mehreren lokalen Umformungsbereichen definiert erhöht wird. Bei einem lokalen Umformungsbereich, in dem die Umformbar keit erhöht wurde, handelt es sich um einen kleinen Teilbereich, in welchem das berechnete ortsabhängige Temperaturprofil einge bracht wurde. Auch können mehrere lokale Umformungsbereiche gemeinsam einen globalen Umformungsbereich bilden, der ein inhomogenes Temperaturprofil aufweist. Auch die lokalen Umfor mungsbereiche selbst können wiederum ein inhomogenes Temperatur profil aufweisen. Bei der dünnwandigen Seitenwandung kann es sich um eine Außenwandung oder auch eine innere Wandung des Körpers handeln. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen der durch das Druckmedium beaufschlagten Seite der Seitenwandung des Körpers und der durch Umgebungsdruck beaufschlagten anderen Seite der Seitenwandung des Körpers wird die dünnwandige Seiten wandung des Körpers bei ausreichend großer Umformbarkeit bzw. elastisch-plastischer Verformbarkeit umgeformt. Es werden lokale Umformungsbereiche berechnet, in denen die Soll-Ist-Abweichung einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Innerhalb dieser Umformungsbereiche wird das aufzubringende Energieprofil sowie die benötigte Druckdifferenz berechnet. Diese Zustandsparameter können durch Lösung der entsprechenden kontinuumsmechanischen Differentialgleichungen mittels numerischer Methoden bestimmt werden. Andere Berechnungsverfahren, wie Fuzzy-logic, neuronale Netze u. dgl., sind ebenfalls anwendbar und dem Fachmann hinreichend bekannt.The starting point of the automated process is the existence of an electronic data model of the body. For example it can be CAD or image data of the finished endpro act products. The desired target geometry of the body is achieved by gradually reshaping the original body by the formability of the thin-walled side wall of the body in defined one or more local deformation areas becomes. With a local forming area in which the formable increased, it is a small sub-area, in which the calculated location-dependent temperature profile is entered was brought. Several local forming areas can also be used together form a global transformation area, the one has inhomogeneous temperature profile. The local Umfor Areas in turn themselves can have an inhomogeneous temperature have profile. With the thin-walled side wall it can around an outer wall or an inner wall of the Act body. Due to the pressure difference between the through the pressurized side of the side wall of the Body and others affected by ambient pressure Side of the side wall of the body is the thin-walled side wall of the body with sufficient formability or reshaped elastic-plastic deformability. It will be local Forming areas calculated in which the target-actual deviation exceeds a predetermined limit. Within this Forming areas, the energy profile to be applied as well the required pressure difference is calculated. These state parameters can by solving the appropriate continuum mechanical Differential equations determined using numerical methods become. Other calculation methods, such as fuzzy logic, neural Networks and Like., Are also applicable and the expert well known.
Wenn ein Körper umgeformt wird, liegt ein Rand vor, der Bereiche, die schon die gewünschte Geometrie haben, von Bereichen trennt, die noch umzuformen sind. Nun können in dem jeweiligen umzuformenden Bereich sowohl nur Teilbereiche bearbeitet, oder aber auch dem gesamten umzuformenden Bereich Energie zugeführt werden. Das jeweils einzubringende Temperatur profil kann dabei in dem Bereich konstant sein, wenn dieser sehr klein ist. In der Regel handelt es sich jedoch um ein inhomo genes Temperaturprofil in dem jeweiligen umzuformenden Bereich. Man kann sich dies anhand des Beispiels eines zu fertigenden Puppenkopfes vorstellen, der aus einem eiförmigen Rohling gefertigt wird. Angenommen, der Rohling hat im Bereich des Hinterkopfes bereits die gewünschte Geometrie, das Gesicht muß aber noch bearbeitet werden. Der Randverlauf ist in diesem Fall klar. Es kann jedoch sein, daß z. B. die Wangen auch schon die gewünschte Geometrie besitzen, Augen, Mund, Nase und das Kinn aber noch umgeformt werden müssen. Dann bildet das Gesicht den globalen Umformungsbereich, und die genannten Partien Augen, Mund, Nase, Kinn sind die lokalen Umformungsbereiche. Um die Nase auszuprägen, benötigt man auch in diesem lokalen Umfor mungsbereich ein inhomogenes Temperaturprofil. Entspricht die Ist-Geometrie insgesamt noch nicht der Soll-Geometrie, so muß das Gesicht des Puppenkopfes als Ganzes noch bearbeitet werden, wobei ein inhomogenes Temperaturprofil vorliegt.When a body is reshaped, there is an edge that Areas that already have the desired geometry from Separates areas that still need to be reshaped. Now you can respective area to be reshaped both only partial areas edited, or the entire area to be reshaped Energy are supplied. The temperature to be introduced Profile can be constant in the area if this is very is small. As a rule, however, it is an inhomo Genes temperature profile in the respective area to be reshaped. You can do this using the example of one to be manufactured Imagine a doll's head made from an egg-shaped blank is manufactured. Assume that the blank has in the area of Already at the back of the head the desired geometry, the face must but still to be edited. The edge course is in this case clear. However, it may be that e.g. B. the cheeks already have the desired geometry, eyes, mouth, nose and chin but still need to be reshaped. Then the face forms that global transformation area, and the games called eyes, Mouth, nose, chin are the local deformation areas. To the You have to express your nose in this local form an inhomogeneous temperature profile. Corresponds to the If the overall geometry is not yet the target geometry, it must the face of the doll's head as a whole can still be worked on with an inhomogeneous temperature profile.
Der Körper kann ohne Verwendung einer Form umgeformt werden. Dies bietet sich insbesondere bei Kleinstserien bzw. Einzel erzeugnissen an. Der Verzicht auf eine Form hat den großen Vorteil, daß die Rüstzeiten minimiert werden und keine zusätz lichen Kosten für den Formenbau anfallen.The body can be reshaped without using a mold. This is particularly useful for small series or single products. The absence of a form has the big one Advantage that the set-up times are minimized and no additional costs for mold making.
Die Seite der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers kann mit Druckluft definierten Drucks oder mit einem Hydraulikmedium, vorzugsweise Hydrauliköl, beaufschlagt werden. Die hydraulische Druckbeaufschlagung hat den Vorteil, daß eine Erwärmung des Körpers durch das Hydraulikmedium auf eine Grundtemperatur durchgeführt werden kann und der Umformungsbereich des Körpers schneller abkühlt. Der durch die auf die dünnwandige Seiten wandung des Körpers aufgebrachte Druck kann dabei konstant sein. Dies hat den Vorteil, daß als Parameter lediglich die Auswahl des Umformungsbereichs und der Einwirkungsdauer bzw. Intensität der Energiezufuhr verbleiben, während der Druck unverändert bleibt. Beispielsweise bietet es sich an, bei gleichen Materia lien einen gleich hohen Druck zu verwenden. Auch ist es möglich, bei unterschiedlichen Materialien des Körpers je nach Umform barkeit des jeweiligen Materials unterschiedliche Drücke zu verwenden. Für die Bearbeitung von Metallen bietet sich ein höherer Druck an, als dies bei Kunststoffen der Fall ist. Ebenso ist es durchführbar, den Druck als weiteren Parameter während des Umformverfahrens zu variieren.The side of the thin-walled side wall of the body can with Compressed air of defined pressure or with a hydraulic medium, preferably hydraulic oil. The hydraulic Pressurization has the advantage that heating the Body through the hydraulic medium to a basic temperature can be performed and the reshaping area of the body cools down faster. The one on the thin-walled sides pressure applied to the body can be constant. This has the advantage that only the selection as a parameter the forming area and the duration of exposure or intensity the energy supply remain unchanged while the pressure remains. For example, it is advisable to use the same materia lien to use an equally high pressure. It is also possible with different body materials depending on the shape availability of the respective material to different pressures use. For the processing of metals there is one higher pressure than is the case with plastics. As well it is feasible to use the pressure as a further parameter during to vary the forming process.
Die Ist-Geometrie der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers kann kontinuierlich erfaßt und in Abhängigkeit davon die Ener giezufuhr geregelt werden. Es wird in Intervallen ein aufzu bringendes Energieprofil bestimmt, das in definierter Weise die Umformbarkeit der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers in dem lokalen Umformungsbereich erhöht. Hierdurch ist es möglich, eine hohe Genauigkeit bei der Umformung der dünnwandigen Seitenwan dung des Körpers zu erreichen. So kann zunächst in dem zu bearbeitenden lokalen Umformungsbereich eine geringere Energie menge als berechnet aufgebracht und die sich daraus ergebende Verformung aufgenommen und vermessen werden. In Abhängigkeit von der nunmehr bestimmten Ist-Geometrie wird die erforderliche Erhöhung der Umformbarkeit des Körpers bestimmt. Dieser Prozeß wird solange wiederholt, bis die Soll-Ist-Abweichung den vorge gebenen Grenzwert nicht mehr übersteigt. Es ist aber auch möglich, die Umformung des Körpers in einem Schritt vorzunehmen, wenn die dafür erforderlichen Parameter hinreichend bekannt sind. Insbesondere bei Körpern, die keine extrem hohe Bearbei tungsgenauigkeit erfordern, bietet es sich an, nur einen oder wenige Umformschritte in einem lokalen Umformungsbereich vorzu nehmen.The actual geometry of the thin-walled side wall of the body can be recorded continuously and depending on it the energy be controlled. It will open up at intervals bringing energy profile that defines the Formability of the thin-walled side wall of the body in the local deformation area increased. This makes it possible high accuracy in forming the thin-walled sidewall reach the body. So first of all in machining local forming area a lower energy quantity applied as calculated and the resulting Deformation can be recorded and measured. In dependence of the now determined actual geometry becomes the required one Increases the formability of the body. This process is repeated until the target-actual deviation the pre given limit no longer exceeds. It is also possible to transform the body in one step, if the parameters required for this are sufficiently known are. Especially with bodies that do not have extremely high machining accuracy, it is advisable to use only one or a few forming steps in a local forming area to take.
Das ortsabhängig einzubringende Energieprofil kann für jeden Umformschritt in den lokalen Umformungsbereichen jeweils neu berechnet und entsprechend auf den Körper eingebracht werden. Damit ergibt sich eine besonders genaue Erreichung der gewünsch ten Umformung des Körpers.The location-dependent energy profile can be used by everyone New forming step in the local forming areas calculated and applied accordingly to the body. This results in a particularly precise achievement of the desired transformation of the body.
Die Wandstärke der Seitenwandung des Körpers kann durch gezielte Auswahl des lokalen Umformungsbereichs variiert werden. Dies bedeutet u. a., daß die Wandstärke des Körpers nicht notwen digerweise über die gesamte Oberfläche des Körpers konstant ist. So kann ein und dieselbe äußere Geometrie des Körpers durch Ver wendung unterschiedlicher lokaler Umformungsbereiche erzielt werden, wobei die Wandstärke der Seitenwandung des einen Körpers dann anders ausgebildet ist als die Wandstärke des anderen Körpers. Eine Variierung der Wandstärke der Seitenwandung des Körpers ist insbesondere dann sinnvoll, wenn zur strukturellen Verstärkung des Körpers bzw. des Bauteils in bestimmten Berei chen eine erhöhte Wandstärke erforderlich ist. Hierfür muß dann jedoch nicht der gesamte Körper diese Wandstärke aufweisen. Hieraus resultiert eine vorteilhafte Reduzierung der Masse bzw. des Gewichts des Körpers. The wall thickness of the side wall of the body can be targeted Selection of the local deformation area can be varied. This means u. a. that the wall thickness of the body is not necessary is usually constant over the entire surface of the body. So one and the same outer geometry of the body can be verified by Ver achieved different local forming areas be, the wall thickness of the side wall of a body is then designed differently than the wall thickness of the other Body. A variation in the wall thickness of the side wall of the Body is particularly useful when used for structural Reinforcement of the body or component in certain areas Chen increased wall thickness is required. For this then but not the entire body has this wall thickness. This results in an advantageous reduction in mass or the weight of the body.
Die Energie kann gemäß dem berechneten ortsabhängigen Energie profil definiert durch einen Laserstrahl zugeführt werden. Ein Laserstrahl ist besonders gut steuerbar, so daß die Oberfläche der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers in den gewünschten Umformungsbereich abgescannt wird. Der Laserstrahl besitzt hier für die gewünschte Genauigkeit und eine exakte Dosierungsmög lichkeit der Intensität der Energiezufuhr. Aufgrund des sehr lokalen Energieeintrags können mit dem Laserstrahl sehr schmale Energieprofile und somit sehr feine Konturen erzeugt werden. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, für die Energiezufuhr eine andere Energiequelle zu verwenden. Beispielsweise kann ein Heizstrahler angewendet werden.The energy can be calculated according to the location-dependent energy Profile defined by a laser beam. On Laser beam is particularly easy to control, so that the surface the thin-walled side wall of the body in the desired Forming area is scanned. The laser beam has here for the desired accuracy and exact dosage intensity of energy supply. Because of the very Local energy input can be very narrow with the laser beam Energy profiles and thus very fine contours are generated. In principle, however, it is also possible for the energy supply to use another energy source. For example, a Radiant heaters can be used.
Die Umformbarkeit der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers kann durch Variierung der Einwirkdauer, Intensität, Pulsweite oder Fokusgröße des Laserstrahls variiert werden. Wichtig ist letztlich, daß die Umformbarkeit in definierter Art und Weise beeinflußt wird, so daß sich eine möglichst genaue voraussagbare Umformung in dem Umformungsbereich des Körpers ergibt.The formability of the thin-walled side wall of the body can by varying the duration of exposure, intensity, pulse width or focus size of the laser beam can be varied. Important is ultimately that formability in a defined manner is influenced so that it is as accurate as possible predictable Forming results in the forming area of the body.
Die lokalen Umformungsbereiche können nach Erreichen der gewünschten Umformung der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers abgekühlt werden. Die notwendige Bearbeitungszeit für die Umfor mung des Körpers reduziert sich.The local deformation areas can be reached after the desired deformation of the thin-walled side wall of the body be cooled. The necessary processing time for the Umfor body's body is reduced.
Das neue Verfahren kann auch als FDS-Verfahren (Flexible Direct Shaping) bezeichnet werden. Das Verfahren bietet eine Vielzahl von Vorteilen: alle Körper können mit großer Formgenauigkeit, definierter Wandstärke und hoher Qualität gefertigt werden. Diese Größen sind mit hoher Genauigkeit meß- und steuerbar. Der Fertigungsprozeß wird stark beschleunigt, da funktionsfähige Produkte umgehend verfügbar sind. Jeder Körper kann sofort und ohne größere Vorbereitungen produziert werden, wenn ein elektro nisches Datenmodell vorhanden ist. Es wird eine enorme Kosten ersparnis erzielt, vor allem bei der Fertigung von individuellen Produkten, Einzelanfertigungen sowie bei Klein- und Mittel serien, da keine aufwendigen Formen angefertigt werden müssen. The new process can also be called FDS (Flexible Direct Shaping). The process offers a variety of advantages: all bodies can be shaped with great accuracy, defined wall thickness and high quality. These quantities can be measured and controlled with high accuracy. The Manufacturing process is greatly accelerated because it is functional Products are available immediately. Every body can immediately and can be produced without major preparations if an electro nical data model is available. It will be an enormous cost savings achieved, especially in the production of individual Products, one-offs and small and medium-sized items series, since no elaborate forms have to be made.
Eine enorme Zeitersparnis wird erzielt, denn je komplizierter der herzustellende Körper ist, beispielsweise eine Prothese, desto schneller ist das Verfahren im Vergleich zu bekannten Fertigungsverfahren. Die Fertigungszeiten sind nahezu unabhängig von der Größe des Körpers. Die Bearbeitungszeit eines Körpers bzw. Werkstücks hängt hauptsächlich davon ab, wie ähnlich die Ausgangsform des Rohlings dem zu erzeugenden Körpers bereits ist. Das FDS-Verfahren ist grundsätzlich für alle umformbaren Materialien geeignet. Auch können Körper, die aus verschiedenen, umformbaren Materialien zusammengesetzt sind, bearbeitet werden. Es können beliebige Ausgangsformen verarbeitet werden, wobei vorgefertigte Formflächen und andere Werkstücke (Rippen usw.) unverändert erhalten bleiben können. Nur solche Bereiche, in denen Soll-Geometrie und Ist-Geometrie noch nicht übereinstim men, müssen umgeformt werden. Die Integration von anderen Standardbauteilen ist ebenfalls möglich. Besonders komplizierte, verwinkelte Formteile, z. B. Hinterschneidungen, können aus einem Stück gefertigt werden. Meist sind keine folgenden Bearbeitungsschritte (Fügen von Halbschalen etc.) erforderlich. Bereits gefertigte Körper können schnell abgeändert werden. Ein vorhandener und bereits verwendeter Körper kann ebenso umgeformt werden, wie ein beliebiger Rohling. Alte Körper können wieder verwendet, Standardrohlinge können schnell an individuelle Wünsche angepaßt und verändert werden. Aufgrund der Tatsache, daß das Verfahren berührungslos arbeitet, entsteht kein Ver schleiß von Werkzeugen. Der Einsatz von Schmierstoffen o. dgl. ist nicht erforderlich. Die Vorteile des FDS-Verfahrens liegen vor allem im Bereich der Klein- und Mittelserienfertigung sowie der Herstellung individueller Erzeugnisse. Mit dem Verfahren wird die Herstellung von individuellen Produkten nicht wesent lich aufwendiger als die von vergleichbaren Standardprodukten. Anstatt auf verschiedene Formwerkzeuge zurückzugreifen, reicht das Vorhandensein eines Datenmodells aus, um daraus mit dem FDS- Verfahren direkt ein Erzeugnis herzustellen. Die reine Ferti gungszeit für ein individuelles Erzeugnis, je nach Umfang der durchzuführenden Umformarbeiten, dauert nur einige Sekunden bis wenige Minuten. Dadurch werden die Fertigungskosten reduziert und mit denen bekannter Verfahren vergleichbar.An enormous time saving is achieved, because the more complicated the body to be manufactured, for example a prosthesis, the faster the process compared to known ones Manufacturing process. The manufacturing times are almost independent on the size of the body. The processing time of a body or workpiece mainly depends on how similar the Initial shape of the blank already the body to be produced is. The FDS process is basically for all formable Suitable materials. Bodies made up of different formable materials are assembled, processed. Any initial forms can be processed, whereby prefabricated shaped surfaces and other workpieces (ribs etc.) can remain unchanged. Only such areas in which do not yet match the target geometry and the actual geometry must be reshaped. The integration of others Standard components are also possible. Particularly complicated angled molded parts, e.g. B. undercuts can be made in one piece. Most are not the following Processing steps (joining of half shells etc.) required. Already manufactured bodies can be changed quickly. On Existing and already used bodies can also be reshaped become like any blank. Old bodies can again used, standard blanks can quickly be customized Desires to be adjusted and changed. Due to the fact, there is no Ver that the process works without contact wear of tools. The use of lubricants or the like not necessary. The advantages of the FDS procedure lie especially in the field of small and medium series production as well the production of individual products. With the procedure the production of individual products is not essential more complex than that of comparable standard products. Instead of using different molds, it is enough the existence of a data model in order to use the FDS Process to produce a product directly. The pure ferti delivery time for an individual product, depending on the scope of the to be carried out takes only a few seconds to a few minutes. This reduces manufacturing costs and comparable to those of known methods.
Die Vorrichtung zum spanlosen Umformen einer dünnwandigen Seitenwandung eines Körpers weist eine Geometrieerfassungsein heit zum automatisierten Erfassen der Ist-Geometrie der dünn wandigen Seitenwandung des Körpers auf. Ein elektronischer Rechner zum Vorgeben der Soll-Geometrie der dünnwandigen Seiten wandung des Körpers in einem elektronischen Datenmodell, zum Berechnen der Soll-Ist-Abweichung aus dem Vergleich der erfaßten Ist-Geometrie mit der vorgegebenen Soll-Geometrie der dünnwandi gen Seitenwandung des Körpers, zum Ermitteln von lokalen Umfor mungsbereichen, in denen die Soll-Ist-Abweichung einen vorgege benen Grenzwert übersteigt, und zum Berechnen eines ortsabhängig einzubringenden Energieprofils in den lokalen Umformungsbe reichen, ist vorhanden. Eine regelbare Druckvorrichtung dient zum Beaufschlagen einer Seite der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers mit definiertem Druck. Eine Vorrichtung dient zum definierten automatisierten Erhöhen der Umformbarkeit der dünn wandigen Seitenwandung des Körpers in den lokalen Umformungs bereichen durch definierte Energiezufuhr in den lokalen Umfor mungsbereichen in Abhängigkeit von der berechneten Soll-Ist- Abweichung, wobei die dünnwandige Seitenwandung des Körpers in den lokalen Umformungsbereichen aufgrund ihrer definiert erhöhten Umformbarkeit und der einseitigen Beaufschlagung durch den Druck umgeformt wird. Die Geometrieerfassungseinheit zum automatisierten Erfassen der Ist-Geometrie der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers in einem elektronischen Datenmodell dient dazu, die vorhandene Geometrie des Körpers bzw. Werkstücks festzustellen, um die durchzuführenden Prozeßschritte zu bestim men. Dabei sind insbesondere die Genauigkeit der Konturdaten, die Geschwindigkeit der Datenerfassung und die Vollständigkeit der erfaßten Daten von Bedeutung.The device for chipless forming a thin-walled Sidewall of a body has geometry detection unit for automated detection of the actual geometry of thin walled side wall of the body. An electronic one Calculator for specifying the target geometry of the thin-walled sides wall of the body in an electronic data model to Calculate the target-actual deviation from the comparison of the recorded Actual geometry with the specified target geometry of the thin wall side wall of the body, to determine local Umfor areas in which the target / actual deviation is a predetermined exceeds the limit, and to calculate a location-dependent energy profile to be introduced in the local forming area is sufficient. An adjustable pressure device is used to act on one side of the thin-walled side wall of the Body with defined pressure. A device is used for defined automated increase in formability of thin walled side wall of the body in the local reshaping areas through defined energy supply in the local area ranges depending on the calculated target / actual Deviation, the thin-walled side wall of the body in the local deformation areas based on their defined increased formability and one-sided loading the pressure is transformed. The geometry registration unit for automated detection of the actual geometry of the thin-walled Sidewall of the body in an electronic data model serves the existing geometry of the body or workpiece to determine the process steps to be carried out men. The accuracy of the contour data, the speed of data collection and completeness of the data collected is of importance.
Die Druckvorrichtung kann eine Druckluftvorrichtung sein. Es kann aber auch eine mit einem Hydraulikmedium arbeitende Druck vorrichtung Verwendung finden. The pressure device can be a compressed air device. It can also be a pressure working with a hydraulic medium device use.
Die Ist-Geometrie der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers kann mit einem 3D-Objektvermessungs system erfaßt werden. Das 3D- Objektvermessungssystem beinhaltet eine Digitalkamera sowie entsprechende Steuerungsvorrichtungen und die zugehörige Soft ware. Alternativ zu der Objektvermessung mit einer Digitalkamera ist es auch möglich, Ultraschall, Radar, Lidar und sonstige Abstandssensoren zu verwenden.The actual geometry of the thin-walled side wall of the body can be captured with a 3D object measurement system. The 3D Object measurement system includes a digital camera as well corresponding control devices and the associated soft would. As an alternative to object measurement with a digital camera it is also possible to use ultrasound, radar, lidar and others Use distance sensors.
Es kann eine Kühlvorrichtung zum Abkühlen der lokalen Umfor mungsbereiche nach Erreichen der gewünschten Umformung der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers vorgesehen sein. Durch die schnellere Abkühlung des Körpers in dem zuvor erwärmten Umformungsbereich kann die notwendige Bearbeitungszeit für die Umformung des Körpers weiter reduziert werden.A cooling device can be used to cool the local form areas after reaching the desired deformation of the thin-walled side wall of the body can be provided. By the faster cooling of the body in the previously heated Forming area can take the necessary machining time for the Forming the body can be further reduced.
Für die Energiezufuhr in einem bestimmten lokalen Umformungs bereich des Körpers kann der Körper und/oder die Vorrichtung zum definierten automatisierten Erhöhen der Umformbarkeit bewegt werden. Es ist sicherzustellen, daß jede zu manipulierende Stelle der dünnwandigen Seitenwandung des Körpers für die Ener giezufuhr zugänglich ist.For the energy supply in a certain local transformation area of the body can be the body and / or the device for defined automated increase in formability moves become. It is important to ensure that everyone is manipulated Place the thin-walled side wall of the body for the Ener pouring supply is accessible.
Zur Veränderung der Umformbarkeit wird dem umzuformenden Körper in dem aktuellen lokalen Umformungsbereich Energie zugeführt, so daß er, je nach Material des Körpers, eine Temperatur erreicht, bei der eine Umformung aufgrund des durch die Druckluft aufge brachten Drucks stattfindet. Die Energie kann auf verschiedene Arten zugeführt werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung zum definierten Erhöhen der Umformbarkeit ein Laser sein. Der Laser strahl des Lasers wird dann so gesteuert, daß das ortsabhängige Energieprofil in den umzuformenden lokalen Umformungsbereich des Körpers eingebracht wird, beispielsweise durch abscannen mit dem Laserstrahl oder mittels eines steuerbaren Mikrospiegelsystems. Alternativ kann auch ein lokalisierter Heißluftstrahl verwendet werden. Der gesamte Umformungsprozeß kann durch eine computer gestützte Simulation simuliert werden. Aufgrund der Simulation lassen sich die einzustellenden Parameter, beispielsweise Tem peratur, Intensität der Energiequelle und Druck der Druckluft, bestimmen. Hierzu können FEM-Simulationsprogramme verwendet werden, die es erlauben, die Ausdehnung des Körpers mit hinrei chend großer Genauigkeit zu berechnen. Auch andere Methoden, wie z. B. Fuzzy-logic, neuronale Netze usw., sind einsetzbar. Alle erforderlichen Materialparameter, wie z. B. E-Modul, Temperatur usw., können über die Oberfläche des Körpers beliebig variiert werden.The body to be formed is used to change the formability supplied energy in the current local transformation area, so that, depending on the material of the body, it reaches a temperature in which a reshaping due to the compressed air brought pressure takes place. The energy can be different Species are fed. For example, the device for defined increases in formability be a laser. The laser beam of the laser is then controlled so that the location-dependent Energy profile in the local deformation area of the Body is introduced, for example by scanning with the Laser beam or by means of a controllable micromirror system. Alternatively, a localized hot air jet can also be used become. The entire forming process can be done by a computer supported simulation can be simulated. Because of the simulation the parameters to be set, e.g. Tem temperature, intensity of the energy source and pressure of the compressed air, determine. FEM simulation programs can be used for this that allow the body to expand to calculate with great accuracy. Other methods too, like e.g. B. fuzzy logic, neural networks, etc. can be used. All required material parameters, such as. B. modulus of elasticity, temperature etc., can vary arbitrarily across the surface of the body become.
Mittels einer IR-Kamera oder einem anderen Thermographie verfahren kann das vorhandene Temperaturprofil des Materials im Umformungsbereich des Körpers erfaßt und in Abhängigkeit davon das erforderliche aufzubringende Energieprofil bestimmt werden.Using an IR camera or other thermography can move the existing temperature profile of the material in the Forming area of the body detected and depending on it the required energy profile to be applied can be determined.
Zur Steuerung der Relativbewegung zwischen Werkstück und Werk zeug sind Roboter und Bewegungseinheiten geeignet. Wenn es sich bei dem Körper um einen relativ flachen Formkörper mit einer nur mäßigen zu erzielenden Genauigkeit handelt, kann es genügen, eine zweiachsige Vorrichtung zur Bewegung der Energiezufuhr einzusetzen. Bei länglichen Hohlkörpern weist die FDS-Anlage ebenfalls zwei Achsen zur Positionierung der Energiezufuhr und zusätzlich eine Drehachse für die Rotation des Körpers auf. Beispielsweise kann bei Verwendung eines Lasers für die Energie zufuhr der Laserstrahl mittels eines schnell drehenden Spiegels auf die gewünschte Stelle der zu bearbeitenden Oberfläche des Körpers gelenkt werden. Wichtig ist letztendlich, daß das berechnete Energieprofil mit der erforderlichen Genauigkeit aufgebracht wird.To control the relative movement between workpiece and work Robots and movement units are suitable. If it is in the body around a relatively flat molded body with only one moderate accuracy to be achieved, it may be sufficient a biaxial device for moving the energy supply to use. With elongated hollow bodies, the FDS system shows also two axes for positioning the energy supply and additionally an axis of rotation for the rotation of the body. For example, when using a laser for energy the laser beam is fed by means of a rapidly rotating mirror to the desired location on the surface of the Body are steered. Ultimately, it is important that calculated energy profile with the required accuracy is applied.
Neben der reinen Umformung ist zusätzlich die Integration verschiedener, bereits bekannter Verfahren möglich. Beispiele hierfür sind das Ausschneiden von bestimmten Bereichen nach Beendigung der Umformung, das Verschweißen des umgeformten Körpers mit anderen Formteilen, das Tempern des Materials zum Ausheilen der Oberfläche des Körpers, das Schmelzen des Mate rials, um durch den erzeugten Materialfluß die Wandstärke der Seitenwandung zusätzlich zu verändern (Schmelzfließen) und das Sintern zur gezielten Aufbringung von Material in bestimmten Bereichen des Körpers.In addition to pure forming, there is also integration different, already known methods possible. Examples for this are the cutting out of certain areas Completion of the forming, welding of the formed Body with other molded parts, the annealing of the material to Healing the surface of the body, melting the mate rials to the wall thickness of the generated material flow To change the side wall (melt flow) and that Sintering for the targeted application of material in certain Areas of the body.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert und beschrieben.The invention is described below using exemplary embodiments further explained and described.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer automatisierten Vorrichtung zum Umformen eines Körpers vor Beginn des Umformungsprozesses. Fig. 1 shows a first embodiment of an automated apparatus for forming a body from the beginning of the forming process.
Fig. 2 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 1 nach erfolgter Umformung eines Umformungsbereichs des Körpers. FIG. 2 shows the device according to FIG. 1 after shaping of a shaping area of the body.
Fig. 3 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 1 bei Verwendung einer Teilform. FIG. 3 shows the device according to FIG. 1 when using a partial mold.
Fig. 4 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einem ein vorgeformtes Formteil aufweisenden Körper. FIG. 4 shows the device according to FIG. 1 with a body having a preformed molded part.
Fig. 5 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 4 mit dem umgeformten Körper. FIG. 5 shows the device according to FIG. 4 with the deformed body.
Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung mit einem plattenförmigen Körper vor dessen Umformung. Fig. 6 shows a second embodiment of the device with a plate-shaped body before it is formed.
Fig. 7 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 6 mit dem umgeformten plattenförmigen Körper. FIG. 7 shows the device according to FIG. 6 with the deformed plate-shaped body.
Fig. 8 zeigt die Umformung einer dünnwandigen Seitenwandung des Körpers mit definierter Wandstärke. Fig. 8 shows the forming of a thin side wall of the body with a defined wall thickness.
Fig. 9 zeigt eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Körper mit einer Doppelkammer vor dessen Umformung. FIG. 9 shows a third embodiment of the device with a body with a double chamber before it is deformed.
Fig. 10 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 9 mit dem umgeformten Körper. FIG. 10 shows the device according to FIG. 9 with the deformed body.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum automatisierten spanlosen Umformen einer dünnwandigen Seiten wandung 2 eines Körpers 3. Der Körper 3 besteht aus Kunststoff. Der Körper 3 könnte jedoch auch aus Metall, Glas, einem Verbund stoff oder einem sonstigen umformbaren Material bestehen. Die Vorrichtung 1 weist eine Geometrieerfassungseinheit 4 zum auto matisierten Erfassen der Ist-Geometrie der dünnwandigen Seiten wandung 2 des Körpers 3 in einem elektronischen Datenmodell auf. Ein elektronischer Rechner 5 dient zum Vorgeben der Soll-Geo metrie der dünnwandigen Seitenwandung 2 des Körpers 3 in einem elektronischen Datenmodell, zum Berechnen der Soll-Ist-Abwei chung aus dem Vergleich der erfaßten Ist-Geometrie und der vorgegebenen Soll-Geometrie der dünnwandigen Seitenwandung 2 des Körpers 3, zum Ermitteln von lokalen Umformungsbereichen 6 (Fig. 2), in denen die Soll-Ist-Abweichung einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt und zum Berechnen eines ortsabhängig einzu bringenden Energieprofils in den lokalen Umformungsbereichen 6. Weiterhin weist die Vorrichtung 1 eine Einspannvorrichtung 7 zum Einspannen des Körpers 3 auf. Die Einspannvorrichtung 7 weist eine Basisplatte 8 und einen Verschluß 9 auf. Über die Einspann vorrichtung 7 ist der Innenraum des Körpers 3, hier in Form eines Hohlkörpers ausgebildet, mit einer regelbaren Druckvor richtung 26 in Form einer Druckluftvorrichtung 10 verbunden. Die regelbare Druckluftvorrichtung 10 dient zum Beaufschlagen des Innenraums des Körpers 3 und der umzuformenden Seitenwandung 2 mit Druckluft definierten Drucks. Es könnte jedoch auch statt dessen eine mit einem Hydraulikmedium arbeitende Druckvorrich tung 26 Verwendung finden. Schließlich weist die Vorrichtung 1 eine Vorrichtung 11 zum definierten automatisierten Erhöhen der Umformbarkeit der dünnwandigen Seitenwandung 2 des Körpers 3 in dem lokalen Umformungsbereich 6 durch definierte Energiezufuhr in dem lokalen Umformungsbereich 6 gemäß dem berechneten ortsab hängigen Energieprofil auf. Die Vorrichtung 11 ist als Laser 12 ausgebildet. Fig. 1 shows a first embodiment of a device 1 for automated chipless forming a thin-walled side wall 2 of a body 3rd The body 3 is made of plastic. However, the body 3 could also consist of metal, glass, a composite material or some other formable material. The device 1 has a geometry detection unit 4 for automated detection of the actual geometry of the thin-walled side wall 2 of the body 3 in an electronic data model. An electronic computer 5 is used to specify the target geometry of the thin-walled side wall 2 of the body 3 in an electronic data model, to calculate the target-actual deviation from the comparison of the detected actual geometry and the predetermined target geometry of the thin-walled side wall 2 of the body 3 , for determining local forming areas 6 ( FIG. 2) in which the target-actual deviation exceeds a predetermined limit value and for calculating an energy profile to be introduced in the local forming areas 6 depending on the location. Furthermore, the device 1 has a clamping device 7 for clamping the body 3 . The clamping device 7 has a base plate 8 and a closure 9 . About the clamping device 7 , the interior of the body 3 , here in the form of a hollow body, is connected to a controllable Druckvor direction 26 in the form of a compressed air device 10 . The controllable compressed air device 10 serves to pressurize the interior of the body 3 and the side wall 2 to be formed with compressed air. However, a pressure device 26 working with a hydraulic medium could also be used instead. Finally, the device 1 has a device 11 for the defined automated increase in the formability of the thin-walled side wall 2 of the body 3 in the local forming area 6 by means of a defined energy supply in the local forming area 6 in accordance with the calculated location-dependent energy profile. The device 11 is designed as a laser 12 .
Fig. 1 zeigt die Vorrichtung 1 zu Beginn des Umformprozesses des Körpers 3. Zunächst wird die Soll-Geometrie des Körpers 3 in einem elektronischen Datenmodell vorgegeben. Die Soll-Geometrie kann aus vorhandenen CAD-Daten des Körpers 3 generiert oder auch beispielsweise durch Vermessen eines Modells des fertigen Körpers 3 ermittelt werden. Die Soll-Geometrie wird in dem elek tronischen Rechner 5 abgespeichert. Daraufhin wird der Rohling bzw. der zu bearbeitende Körper 3 in die Einspannvorrichtung 7 eingespannt und dessen Ist-Geometrie mittels der Geometrie erfassungseinheit 4 vermessen. Bei der Geometrieerfassungs einheit 4 handelt es sich um ein 3D-Objektvermessungssystem 13, das die Geometriedaten des Körpers 3 aufnimmt, wie dies symbol haft mittels der Strahlen 14 dargestellt ist. Das Objektvermes sungssystem 13 ist zur Übermittlung der ermittelten Ist-Daten des Körpers 3 mit dem elektronischen Rechner 5 verbunden. Mittels des Rechners 5 werden die Daten der ermittelten Ist- Geometrie mit den Daten der vorgegebenen Soll-Geometrie des fertigen Körpers 3 verglichen, und die Soll-Ist-Abweichung wird berechnet. Anhand dieser Soll-Ist-Abweichungen werden die lokalen Umformungsbereiche 6 ermittelt, in denen die Soll-Ist- Abweichung einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Wenn die ermittelte Soll-Ist-Abweichung diesen Grenzwert nicht über steigt, ist keine Umformung der dünnwandigen Seitenwandung 2 des Körpers 3 notwendig. Der elektronische Rechner 5 berechnet ein ortsabhängig einzubringendes Energieprofil in den lokalen Umformungsbereichen 6 mit numerischen Methoden. Gemäß dem berechneten ortsabhängigen Energieprofil wird die Umformbarkeit der dünnwandigen Seitenwandung 2 des Körpers 3 in den lokalen Umformungsbereichen 6 durch definierte Energiezufuhr in den lokalen Umformungsbereichen 6 definiert erhöht. Für die Umformung des lokalen Umformungsbereiches 6 wird mittels des Lasers 12 ein Laserstrahl 15 gemäß Pfeil 16 so entlang der zu bearbeitenden Oberfläche des Körpers 3 bewegt, daß die für die Erhöhung der Umformbarkeit der dünnwandigen Seitenwandung 2 des Körpers 3 notwendige Energie dem entsprechenden Umformungsbe reich 6 zugeführt wird. Die Energiemenge bzw. der Grad der Umformbarkeit des Körpers 3 wird dabei durch Variierung der Einwirkdauer, Intensität, Pulsweite oder Fokusgröße des Laser strahls 15 variiert. Aufgrund der druckmäßigen Beaufschlagung der umzuformenden Seitenwandung 2 des Körpers 3 mittels der Druckluftvorrichtung 10 ergibt sich dann die gewünschte Umfor mung des Körpers 3 ausschließlich in dem aktuellen lokalen Umformungsbereich 6 in Richtung des niedrigeren Drucks. Fig. 1 shows the device 1 at the beginning of the forming process of the body 3. First, the target geometry of the body 3 is specified in an electronic data model. The target geometry can be generated from existing CAD data of the body 3 or can also be determined, for example, by measuring a model of the finished body 3 . The target geometry is stored in the electronic computer 5 . The blank or the body 3 to be machined is then clamped in the clamping device 7 and its actual geometry is measured by means of the geometry detection unit 4 . The geometry detection unit 4 is a 3D object measurement system 13 , which records the geometry data of the body 3 , as is symbolically represented by means of the rays 14 . The object measurement system 13 is connected to the electronic computer 5 for transmitting the determined actual data of the body 3 . The computer 5 compares the data of the determined actual geometry with the data of the predefined target geometry of the finished body 3 , and the target / actual deviation is calculated. On the basis of these target-actual deviations, the local forming regions 6 are determined, in which the target-actual deviation exceeds a predetermined limit value. If the determined target / actual deviation does not exceed this limit value, no deformation of the thin-walled side wall 2 of the body 3 is necessary. The electronic computer 5 calculates a location-dependent energy profile to be introduced in the local forming areas 6 using numerical methods. According to the calculated location-dependent energy profile, the deformability of the thin-walled side wall 2 of the body 3 in the local deformation regions 6 is increased in a defined manner by a defined supply of energy in the local deformation regions 6 . For the reshaping of the local reshaping area 6 , a laser beam 15 according to arrow 16 is moved along the surface of the body 3 to be machined by means of the laser 12 in such a way that the energy required for increasing the reshapability of the thin-walled side wall 2 of the body 3 corresponds to the corresponding reshaping area 6 is fed. The amount of energy or the degree of deformability of the body 3 is varied by varying the exposure time, intensity, pulse width or focus size of the laser beam 15 . Due to the pressure applied to the side wall 2 to be formed of the body 3 by means of the compressed air device 10 , the desired deformation of the body 3 then results exclusively in the current local deformation region 6 in the direction of the lower pressure.
Das Ergebnis der Umformung in dem lokalen Umformungsbereich 6 ist in Fig. 2 dargestellt. Es ist erkennbar, daß eine Umformung der dünnwandigen Seitenwandung 2 des Körpers 3 nur in dem Umformungsbereich 6 des Körpers 3 stattgefunden hat, in dem mittels des Lasers 12 eine entsprechende Energiemenge zur Erhöhung der Umformbarkeit des Körpers 3 zugeführt wurde. Die anderen Bereiche des Körpers 3 blieben unverändert, können jedoch in weiteren Bearbeitungsschritten umgeformt werden.The result of the reshaping in the local reshaping area 6 is shown in FIG. 2. It can be seen that the thin-walled side wall 2 of the body 3 was reshaped only in the reshaping area 6 of the body 3 , in which a corresponding amount of energy was supplied by the laser 12 to increase the reshapability of the body 3 . The other areas of the body 3 remained unchanged, but can be reshaped in further processing steps.
In Fig. 3 ist die zusätzliche Hinzunahme einer Teilform 17 dargestellt. Nachdem die Erhöhung der Umformbarkeit der dünn wandigen Seitenwandung 2 des Körpers 3 mittels des Laserstrahls 12 erfolgt ist, wird die Teilform 17 mit dem Umformungsbereich 6 des Körpers 3 in Kontakt gebracht. Dann wird der durch die Druckluftvorrichtung 10 bereitgestellte, nach außen gerichtete Druck so auf die Innenwandung 2 des Körpers 3 zu Einwirkung gebracht, daß der Fortsatz 18 der Teilform 17 die gewünschte Geometrie in diesem Bereich des Körpers 3 erzeugt.In Fig. 3, the additional addition of a part-mold 17 is shown. After the formability of the thin-walled side wall 2 of the body 3 has been increased by means of the laser beam 12 , the partial mold 17 is brought into contact with the forming area 6 of the body 3 . Then the outward pressure provided by the compressed air device 10 is applied to the inner wall 2 of the body 3 in such a way that the extension 18 of the partial shape 17 produces the desired geometry in this area of the body 3 .
Fig. 4 zeigt eine etwas andere Ausführungsform der Vorrichtung 1. Der Körper 3 weist ein vorgeformtes Formteil 19 auf, das bereits Bestandteil des Ausgangsrohlings ist. Fig. 4 shows a somewhat different embodiment of the device 1. The body 3 has a preformed molded part 19 which is already part of the starting blank.
Fig. 5 zeigt den Körper 3 gemäß Fig. 4 nach der Umformung in dem Umformungsbereich 6. FIG. 5 shows the body 3 according to FIG. 4 after the shaping in the shaping area 6 .
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1. Der Körper 3 ist hier nicht als Hohlkörper, sondern in ebener Plattenform ausgebildet. Zur Aufbringung des notwendigen Drucks ist der plattenförmige Körper 3 in eine Einspannvorrichtung 20 mit einer Druckkammer 21 eingespannt. Die Einspannvorrichtung 20 weist dabei einen Grundkörper 22 und einen Verschluß 23 auf. Fig. 6 shows a further embodiment of the device 1. The body 3 is not designed as a hollow body, but in a flat plate shape. To apply the necessary pressure, the plate-shaped body 3 is clamped in a clamping device 20 with a pressure chamber 21 . The clamping device 20 has a base body 22 and a closure 23 .
Auch bei dieser Ausführungsform findet eine Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl 15 und dem Grundkörper 3 gemäß Pfeilen 24 statt, so daß der Laserstrahl 15 grundsätzlich nahezu alle Bereiche des Körpers 3 erreichen kann.In this embodiment, too, there is a relative movement between the laser beam 15 and the base body 3 according to arrows 24 , so that the laser beam 15 can basically reach almost all areas of the body 3 .
Fig. 7 zeigt den Körper 3 gemäß Fig. 6, nachdem die Umformung in dem Umformungsbereich 6 stattgefunden hat. FIG. 7 shows the body 3 according to FIG. 6 after the shaping has taken place in the shaping area 6 .
Fig. 8 zeigt zwei identisch ausgebildete Körper 3 vor der Umfor mung und zwei mögliche unterschiedliche fertige Körper 3. Hier bei wird deutlich, daß durch entsprechende Auswahl der Umfor mungsbereiche 6 ein und dieselbe äußere Geometrie der Körper 3 bei unterschiedlicher Wandstärke erzielt werden kann. Der Pfeil 25 verdeutlicht dabei, in welche Richtung das Material des Körpers 3 geflossen ist. Fig. 8 shows two identically trained body 3 before the Umfor formation and two possible different finished body 3rd Here it is clear that by appropriate selection of the Umfor processing areas 6 one and the same outer geometry of the body 3 can be achieved with different wall thickness. The arrow 25 shows the direction in which the material of the body 3 has flowed.
Die Fig. 9 und 10 zeigen eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung 1 mit einem Körper 3 mit einer Doppelkammer. Die Vorrichtung 1 weist zwei separate Einspannvorrichtungen 7 und separate Druckluftvorrichtungen 10 auf, die jeweils mit der Kammern des Körpers 3 verbunden sind. Die beiden Kammern des Körpers sind durch die dünnwandige Wandung 2 des Körpers in Form einer Innenwandung getrennt. Der Druck innerhalb der beiden Kammern des Körpers 3 ist jeweils größer als der Umgebungsdruck. Aufgrund der Druckverhältnisse ergibt sich nach der Einbringung von Energie eine Streckung der dünnwandigen Innenwandung 2 des Körpers 3. FIGS. 9 and 10 show a third embodiment of the device 1 with a body 3 with a double chamber. The device 1 has two separate clamping devices 7 and separate compressed air devices 10 , each of which is connected to the chambers of the body 3 . The two chambers of the body are separated by the thin-walled wall 2 of the body in the form of an inner wall. The pressure within the two chambers of the body 3 is greater than the ambient pressure. Due to the pressure conditions, the thin-walled inner wall 2 of the body 3 is stretched after the introduction of energy.
11
- Vorrichtung
- Contraption
22nd
- Seitenwandung
- side wall
33rd
- Körper
- Body
44th
- Geometrieerfassungseinheit
- Geometry registration unit
55
- Rechner
- Computer
66
- Umformungsbereich
- forming area
77
- Einspannvorrichtung
- jig
88th
- Basisplatte
- base plate
99
- Verschluß
- closure
1010th
- Druckluftvorrichtung
- compressed air device
2121
- Druckkammer
- pressure chamber
2222
- Grundkörper
- basic body
2323
- Verschluß
- closure
2424th
- Pfeil
- arrow
2525th
- Pfeil
- arrow
1111
- Vorrichtung
- Contraption
1212th
- Laser
- laser
1313
- Objektvermessungssystem
- Object measurement system
1414
- Strahl
- beam
1515
- Laserstrahl
- laser beam
1616
- Pfeil
- arrow
1717th
- Teilform
- partial shape
1818th
- Fortsatz
- process
1919th
- Formteil
- molded part
2020th
- Einspannvorrichtung
- jig
2626
- Druckvorrichtung
- printing device
Claims (15)
Vorgeben der Soll-Geometrie der dünnwandigen Seitenwandung (2) des Körpers (3) in einem elektronischen Datenmodell;
automatisiertes Erfassen der Ist-Geometie der dünnwandigen Seitenwandung (2) des Körpers (3) und Ablegen in einem elektro nischen Datenmodell;
Berechnen der Soll-Ist-Abweichung aus dem Vergleich der erfaßten Ist-Geometrie mit der vorgegebenen Soll-Geometrie der dünnwandigen Seitenwandung (2) des Körpers (3);
Ermitteln von lokalen Umformungsbereichen (6) in denen die Soll-Ist-Abweichung einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt;
Berechnen eines ortsabhängig einzubringenden Energieprofils in den lokalen Umformungsbereichen (6) mit numerischen Methoden;
Beaufschlagen einer Seite der dünnwandigen Seitenwandung (2) des Körpers (3) mit definiertem Druck; und
definiertes automatisiertes Erhöhen der Umformbarkeit der dünnwandigen Seitenwandung (2) des Körpers (3) in den lokalen Umformungsbereichen (6) durch definierte Energiezufuhr in den lokalen Umformungsbereichen (6) gemäß dem berechneten ortsab hängigen Energieprofil, wobei die dünnwandige Seitenwandung (2) des Körpers (3) in den lokalen Umformungsbereichen (6) aufgrund ihrer definiert erhöhten Umformbarkeit und der einseitigen Druckbeaufschlagung umgeformt wird.1. Automated process for the chipless forming of a thin-walled side wall of a body, with the steps:
Specifying the target geometry of the thin-walled side wall ( 2 ) of the body ( 3 ) in an electronic data model;
automated detection of the actual geometry of the thin-walled side wall ( 2 ) of the body ( 3 ) and storing in an electronic data model;
Calculating the target-actual deviation from the comparison of the detected actual geometry with the predetermined target geometry of the thin-walled side wall ( 2 ) of the body ( 3 );
Determining local forming areas ( 6 ) in which the target / actual deviation exceeds a predetermined limit value;
Calculating a location-dependent energy profile in the local deformation areas ( 6 ) using numerical methods;
Applying a defined pressure to one side of the thin-walled side wall ( 2 ) of the body ( 3 ); and
Defined automated increase in the formability of the thin-walled side wall ( 2 ) of the body ( 3 ) in the local forming areas ( 6 ) by defined energy supply in the local forming areas ( 6 ) according to the calculated location-dependent energy profile, the thin-walled side wall ( 2 ) of the body ( 3 ) is reshaped in the local reshaping areas ( 6 ) due to its defined increased reshapeability and the one-sided pressurization.
einer Geometrieerfassungseinheit (4) zum automatisierten Erfassen der Ist-Geometrie der dünnwandigen Seitenwandung (2) des Körpers (3) in einem elektronischen Datenmodell;
einem elektronischen Rechner (5) zum Vorgeben der Soll- Geometrie der dünnwandigen Seitenwandung (2) des Körpers (3) in einem elektronischen Datenmodell, zum Berechnen der Soll-Ist- Abweichung aus dem Vergleich der erfaßten Ist-Geometrie mit der vorgegebenen Soll-Geometrie der dünnwandigen Seitenwandung (2) des Körpers (3), zum Ermitteln von lokalen Umformungsbereichen (6) in denen die Soll-Ist-Abweichung einen vorgegebenen Grenz wert übersteigt und zum Berechnen eines ortsabhängig einzu bringenden Energieprofils in den lokalen Umformungsbereichen (6);
einer regelbaren Druckvorrichtung (26) zum Beaufschlagen einer Seite der dünnwandigen Seitenwandung (2) des Körpers (3) mit definiertem Druck; und
einer Vorrichtung (11) zum definierten automatisierten Erhöhen der Umformbarkeit der dünnwandigen Seitenwandung (2) des Körpers (3) in den lokalen Umformungsbereichen (6) durch defi nierte Energiezufuhr in den lokalen Umformungsbereichen (6) gemäß dem berechneten ortsabhängigen Energieprofil, wobei die dünnwandige Seitenwandung (2) des Körpers (3) in den lokalen Umformungsbereichen (6) aufgrund ihrer definiert erhöhten Umformbarkeit und der einseitigen Druckbeaufschlagung umgeformt wird.11. Device for performing the method according to one of claims 1 to 7, with:
a geometry detection unit ( 4 ) for automated detection of the actual geometry of the thin-walled side wall ( 2 ) of the body ( 3 ) in an electronic data model;
an electronic computer ( 5 ) for specifying the target geometry of the thin-walled side wall ( 2 ) of the body ( 3 ) in an electronic data model, for calculating the target-actual deviation from the comparison of the detected actual geometry with the predetermined target geometry the thin-walled side wall ( 2 ) of the body ( 3 ), for determining local deformation areas ( 6 ) in which the target-actual deviation exceeds a predetermined limit value and for calculating a location-dependent energy profile to be introduced in the local deformation areas ( 6 );
an adjustable pressure device ( 26 ) for applying a defined pressure to one side of the thin-walled side wall ( 2 ) of the body ( 3 ); and
a device ( 11 ) for the defined automated increase in the formability of the thin-walled side wall ( 2 ) of the body ( 3 ) in the local forming areas ( 6 ) by defi ned energy supply in the local forming areas ( 6 ) according to the calculated location-dependent energy profile, the thin-walled side wall ( 2 ) of the body ( 3 ) is reshaped in the local reshaping areas ( 6 ) due to its defined increased reshapeability and the one-sided application of pressure.
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